Поверхностные состояния в твердых растворах на основе халькогенидов висмута и свинца тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат наук Обронова Светлана Германовна

• Обронова Светлана Германовна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Обронова Светлана Германовна

Введение

Глава I. Литературный обзор

1.1 3D Топологические изоляторы

1.1.1 Кристаллическая структура и энергетический спектр Bi2Se3

1.1.2 Перестройка энергетического спектра в твердых растворах на основе (Б11.х1пх№з

1.2 Топологические кристаллические изоляторы

1.2.1 Кристаллическая структура и энергетический спектр SnSe

1.2.2 Энергетический спектр твердых растворов Pb1.xSnxSe

Глава II. Методика эксперимента

2.1 Методика измерений транспортных свойств в статических полях

2.2 Спектроскопия импеданса

2.3 Оптические измерения в инфракрасном диапазоне

2.4 Методика измерения спектров фотолюминесценции

2.5 Методика исследования фотоэлектромагнитного эффекта, индуцированного терагерцовым излучением

Глава III. Исследование фотоэлектрических свойств твердых растворов Pbi.xSnxSe

3.1 Исследованные образцы

3.2 Фотоэлектрические свойства твердых растворов Pb1_xSnxSe

3.3 Обсуждение результатов

Глава IV. Влияние микроструктуры на характер неравновесных процессов в поликристаллических пленках РЬ8е

4.1. Исследованные образцы

4.2 Результаты измерений электрофизических и фотоэлектрических свойств

4.2.1 Электрофизические свойства и фотопроводимость исследованных пленок РЬБе

4.2.2 Импеданс

4.2.3. Фотоэлектромагнитный эффект

4.3 Обсуждение результатов

Глава V. Исследование поверхностных состояний в топологических изоляторах (Б11_х1пх)28е3 с помощью терагерцового лазерного излучения

5.1. Исследованные образцы и их электрофизические свойства

5.2.Оптические свойства

5.2.1 Спектры пропускания, поглощения и отражения

5.2.2 Фотолюминесценция

5.3 Фотоэлектромагнитный эффект в терагерцовом диапазоне

5.4 Обсуждение результатов

Заключение

Литература

Список условных обозначений и сокращений

ФЭСУР (ARPES) - фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением (Angle-resolved photoemission spectroscopy)

ФЭМ эффект - фотоэлектромагнитный эффект

ТИ - топологические изоляторы

ТКИ - топологические кристаллические изоляторы

СОВ - спин-орбитальное взаимодействие

ФЭС - фотоэлектронная спектроскопия

SS - поверхностные состояния (surface states)

ФЭСУР-спектр - фотоэлектронный спектр с угловым разрешением

ИК - инфракрасный

NIR - ближний инфракрасный диапазон

MIR - средний инфракрасный диапазон

FIR - дальний инфракрасный диапазон

ФЛ - фотолюминесценция

ФТЭМ-эффект - фототермоэлектромагнитный эффект СЭМ - сканирующий электронный микроскоп АСМ - атомно-силовой микроскоп

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Поверхностные состояния в твердых растворах на основе халькогенидов висмута и свинца»

Актуальность работы

Исследованные в работе твердые растворы относятся к топологическим материалам. Особенностью топологического изолятора (ТИ) является формирование бесщелевого спектра поверхностных состояний, характеризующихся линейной дисперсией и спиновой поляризацией, и одновременно существование запрещенной зоны в спектре электронных состояний в объеме кристалла [1]. К основным свойствам топологического поверхностного слоя следует отнести отсутствие обратного рассеяния электронов и принципиальную возможность реализации бездиссипативного транспорта. Благодаря нетривиальным электронным свойствам ТИ рассматриваются как перспективные материалы для создания новых устройств микроэлектроники: приборов спинтроники и квантовых компьютеров [2].

Экспериментальное обнаружение топологических состояний инициировало большое количество работ, связанных как с прогнозированием формирования топологических фаз, так и с изучением свойств топологического слоя [3, 4]. В соответствии с современной классификацией выделяют различные типы топологических материалов: 2D и 3D ТИ, топологические кристаллические изоляторы (ТКИ), дираковские и вейлевские полуметаллы [5] и др., отличающиеся особенностями электронных свойств поверхностных состояний.

К числу топологически нетривиальных материалов, в частности, относятся хорошо известные полупроводники В^Бе3 и SnSe и твердые растворы на их основе. Основным и, по сути, единственным инструментом прямого детектирования топологических состояний является методика фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР), позволяющая непосредственно определить закон дисперсии поверхностных носителей. Вместе с тем,

ограниченность получаемой с помощью ФЭСУР информации обуславливает необходимость развития других экспериментальных методов исследования.

Наиболее важными как для прикладных разработок, так и для развития фундаментальных представлений являются сведения о транспортных процессах в топологическом слое. В этой связи, привлечение новых подходов, нацеленных на регистрацию вклада топологических состояний в кинетические явления и изучение транспорта в топологических материалах представляется весьма актуальным.

Цели и задачи работы

Целью настоящей работы было определение особенностей транспорта и фотоэлектрических свойств, связанных с нетривиальными поверхностными состояниями в твердых растворах на основе селенидов висмута и свинца. Выбор объектов - твердых растворов (Bi1-xInx)2Se3 и РЬ^п^ - был обусловлен тем, что изменение их состава позволяет реализовать переход из тривиальной фазы с инверсным энергетическим спектром в топологическую фазу с прямым спектром и провести сравнительный анализ транспортных и фотоэлектрических явлений, наблюдаемых в топологической и тривиальной фазах.

Определение вклада топологического слоя в электронный транспорт осложнено высокими концентрациями носителей в объеме. Подход, предложенный в настоящей работе, основан на исследовании фотоэлектромагнитного (ФЭМ) эффекта [6], обусловленного процессами диффузии электронов в приповерхностном слое образца в условиях комбинированного воздействия терагерцового излучения и постоянного магнитного поля.

Задачи работы включали изучение ФЭМ эффекта в полупроводниковых твердых растворах (Bi1-хInх)2Se3 и РЬ^п^, исследование гальваномагнитных и фотоэлектрических свойств указанных объектов.

При исследовании транспорта в топологических материалах важно иметь в виду, что нетопологические состояния на поверхности могут существенно модифицировать энергетический спектр. В частности, процессы окисления поверхности могут не только влиять на структуру и морфологию образца, но и изменять его электрофизические и фотоэлектрические свойства [7-9]. Поэтому наряду с твердыми растворами РЬ1-хБп^е были исследованы пленки PbSe с модифицируемой микроструктурой для уточнения влияния окисления и микроструктуры на механизмы проводимости.

Научная новизна и практическая значимость работы

Научная новизна работы заключается в том, что впервые для зондирования поверхностных электронных состояний в ТИ был использован метод, основанный на изучении ФЭМ эффекта в терагерцовом диапазоне. Впервые проведен сравнительный анализ особенностей фотоиндуцированных процессов диффузии электронов в приповерхностном слое в топологической и тривиальной фазе полупроводниковых твердых растворов (В^-х1пх)28е3 и РЬ1-х8пхБе.

С помощью указанного подхода был обнаружен эффект повышения подвижности носителей на поверхности в указанных твердых растворах, а также обнаружены отличительные особенности релаксации неравновесных носителей в 3D ТИ (В^х1пх)23е3.

Установлено, что состояния, ответственные за высокие подвижности на поверхности пленок PbSe не связаны с кислородом.

Подход, основанный на исследовании неравновесных процессов в магнитном поле в условиях терагерцового возбуждения, можно рассматривать как информативный метод оптоэлектронного зондирования поверхностных электронных состояний. Предложенный метод может быть эффективен при изучении транспортных процессов на поверхности различных полупроводниковых объектов.

Апробация результатов

Результаты, полученные в ходе диссертационной работы, были доложены на 5-й Всероссийской молодежной конференции «Фундаментальные и инновационные вопросы современной физики» (10-15 ноября 2013 г., ФИАН, Москва), 15-ой всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (25-29 ноября 2013 г., Санкт-Петербург), Международной конференции-школе «Уединенные примеси» (1-5 июня 2014 г., Санкт-Петербург), 16-ой всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (24-28 ноября 2014 г., Санкт-Петербург), конференции-конкурсе молодых физиков (2 марта 2015 г., ФИАН, Москва), V Russian-Chinese Workshop on Laser Physics and Photonics (RCWLP&P, 26-30 августа 2015, Новосибирск, Россия), XII Российской конференции по физике полупроводников (21-25 сентября 2015, Москва, Ершово, Россия), XXI Уральской международной зимней школе по физике полупроводников (15-20 февраля 2016, Екатеринбург-Алапаевск, Россия).

Положения, выносимые на защиту

1. Комбинированное воздействие лазерного терагерцового излучения и магнитного поля является эффективным методом оптоэлектронного зондирования поверхностных электронных состояний в топологических изоляторах. Предложенный метод эффективен и в условиях высокой степени вырождения носителей в объеме.

2. Как в тривиальной, так и в топологической фазе твердых растворов Pb^Sn^e и (Bi1-xInx)2Se3 подвижность поверхностных носителей превышает подвижность носителей в объеме. Это указывает на то, что подвижность поверхностных носителей в существенной степени определяется поверхностными состояниями нетопологической природы.

3. Состояния, ответственные за высокие подвижности поверхностных носителей в пленках PbSe, не связаны с окислением поверхности.

4. Зависимость амплитуды ФЭМ эффекта от мощности падающего излучения качественно различается в тривиальной и топологической фазе твердых растворов (В^-хМх)^е3. Возможной причиной обнаруженных различий может быть влияние спиновой поляризации на характерные времена релаксации неравновесных носителей.

Обоснованность и достоверность результатов

Представленные в работе результаты получены на современном, предварительно откалиброванном оборудовании. Надежность

экспериментального оборудования в сочетании с воспроизводимостью полученных данных обеспечивают достоверность результатов работы. Многократное обсуждение работы на российских и международных конференциях обуславливают обоснованность сформулированных выводов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем работы составляет 109 страниц. Список цитируемой литературы содержит 97 наименований.

Личный вклад автора в диссертационную работу

Исследования, включенные в настоящую работу, проводилась автором в период 2013-2016 гг. на кафедре Общей физики и физики конденсированного состояния Физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. Представленные в работе экспериментальные данные по исследованию транспортных и фотоэлектрических свойств поликристаллических пленок PbSe и монокристаллов Pb1-xSnxSe и (Bi1-xInx)2Se3 были получены автором лично. Измерения методом импедансной спектроскопии пленок PbSe, а также

оптические измерения монокристаллов (Bi1-xInx)2Se3 были проведены лично автором. Автор участвовал при исследовании микроструктуры пленок PbSe методами АСМ, СЭМ и рентгено-флюоресцентного анализа. Измерения спектров фотолюминесценции монокристаллов (Bi1-xInx)2Se3 были проведены при участии автора, обработка полученных данных и анализ конечных результатов проведены автором лично. Автор проводил расчеты, анализ и систематизацию экспериментальных результатов, полученных при измерении ФЭМ эффекта, участвовал в подготовке материалов к публикациям.

Публикации по теме диссертации

По теме диссертации были опубликованы 5 статей в рецензируемых печатных изданиях [A1-A5], 3 из которых индексируются в базах данных Web of Science и Scopus [A1-A3].

Глава I. Литературный обзор

1.1 3Б Топологические изоляторы

Фундаментальный интерес к топологическим изоляторам обусловлен необычными свойствами энергетического спектра таких материалов [2,4,10-12]. Зонная структура в объеме характеризуется наличием запрещенной зоны и инверсным расположением термов, формирующих валентную зону и зону проводимости. Принципиальной особенностью энергетического спектра топологического изолятора служит существование на поверхности бесщелевых спин-поляризованных состояний с линейным законом дисперсии, которым в ^ пространстве соответствуют так называемые конусы Дирака. Указанные особенности возникают за счет сильного спин-орбитального взаимодействия (СОВ) и симметрии гамильтониана относительно обращения времени. В отличие от обычных поверхностных состояний (состояний Тамма-Шокли), обусловленных нарушением периодичности потенциала на поверхности кристалла, дираковские состояния являются «топологически защищенными». Это значит, что такие состояния не могут быть разрушены при загрязнении поверхности и других воздействиях, приводящих к возникновению неоднородностей на поверхности [13,14].

Наличие безмассовых носителей с дираковским спектром в топологическом слое может обеспечивать сверхбыстрый транспорт. Это позволяет рассматривать ТИ в качестве перспективных материалов для создания сверхбыстрых электронных устройств. Принципам создания таких устройств спинтроники и квантовых компьютеров посвящен целый ряд публикаций [2,15-21].

Следует отметить, что теоретически предсказаны топологические состояния были достаточно давно [22]. К настоящему времени известно большое количество как теоретических, так и экспериментальных работ, посвященных ТИ

[1-5,10-14,23-37]. Тем не менее, круг открытых вопросов остается весьма широким. Значительно количество работ, посвященных предсказанию и поиску новых материалов с топологическими свойствами [31-33].

Экспериментальное изучение топологических изоляторов началось с исследования гетероструктур на основе квантовых ям НdТе/CdTe [23,24] и InAs/GaSb [25,26]. Первое экспериментальное подтверждение реализации состояния 3D ТИ получено при исследовании твердых растворов Bi1-xSbx [3,27]. Поверхностным состояниям трехмерного топологического изолятора соответствует нечетное число безмассовых дираковских конусов [2]. В статье Чжана [28] было показано, что халькогениды висмута и сурьмы Sb2Te3, Bi2Te3 и Bi2Se3 обладают единичным конусом Дирака в Г-точке зоны Бриллюэна и классифицируются как 3D ТИ. Позднее был открыт целый ряд 3D ТИ на основе халькогенидов: ЛБ2Х4, A2B2X5, MN4X7, A2X2X' [A,B=Pb,Ge,Sb,Bi, M,N=Pb,Bi и X,X'=S,Se,Те] [37], TlBiSe2 [35-37]. К наиболее подробно изученным 3D ТИ можно отнести бинарные соединения Б^е3 и Б^Те3 со структурой тетрадимита [28-30].

Ключевую роль в открытии ТИ сыграло развитие методики фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением, которая непосредственно позволяет получить информацию о законе дисперсии носителей. Метод фотоэлектронной спектроскопии (ФЭС) основан на фотоэлектрическом эффекте. При облучении поверхности кристалла монохроматическим светом определенной энергии с поверхности кристалла вылетают электроны с различной кинетической энергией и в различных направлениях. Двумерный спектр, представляющий собой зависимость интенсивности фотоэлектронов от их энергии и угла вылета, регистрируется с помощью детектора [38]. Поток электронов как функцию энергии называют фотоэлектронным спектром, а в случае развертки по углу - фотоэлектронным спектром с угловым разрешением (ФЭСУР-спектр).

На рисунке 1.1 в качестве примера представлен ФЭСУР-спектр топологического изолятора Bi0.9Sb0.1 [3]. Представленные изображения соответствуют различным направлениям в ^пространстве. Более яркие области соответствуют большим концентрациям электронов. Видно, что на фоне запрещенной зоны наблюдается конус Дирака, расположенный в окрестности L-точки зоны Бриллюэна, который отвечает топологическим состояниям на поверхности.

*У|4

«-•I—+

к

М 1

БЭ ** % '

Рис. 1.1. ФЭСУР-спектр топологического изолятора Bi0.9Sb0.1 вблизи точки L в зоне Бриллюэна. Представленные изображения соответствуют различным направлениям в трехмерном ^пространстве: вставка а соответствует направлению Ц, Ь - направление при повороте примерно на 10° от направления ку и с - направление кх. Поверхностные состояния обозначены SS [3].

В диссертационной работе исследовались 3D топологические изоляторы на основе твердых растворов Bi2Se3-In2Se3, поэтому далее более подробно

рассмотрим их кристаллическую структуру, особенности электронного строения и энергетический спектр.

1.1.1 Кристаллическая структура и энергетический спектр Б12Бе3 Б12Бе3 относится к халькогенидам с общей формулой А2В3. Кристаллическая структура Б12Бе3 приведена на рис.1.2.

Рис. 1.2 а) Кристаллическая структура Б12Бе3. Пентаслой 8е1-Б1-8е2-Б1-Бе1 выделен красной рамкой, б) Проекция выделенной пятислойной группы на плоскость ху. Различные позиции атомов в структуре обозначены А, Б, С, в) проекция пентаслоя на плоскость х7 [28].

Рассматриваемое соединение имеет ромбоэдрическую структуру типа тетрадимита с пятью атомами в элементарной ячейке, причем две трети октаэдрических пустот заняты атомами Б1, которую также можно представить в виде гексагональной структуры с пятнадцатью атомами в элементарной ячейке,

представляющие собой последовательное наложение пентаслоев. Чередование слоев происходит следующим образом: -С(ЗеГ)-А(Зе1)-Б(Бй)-С(Зе2)-А(Бй')-Б(ЗеГ)-С(Бе1) (см рис. 1.2в). Индексы 1 и 2 показывают различные положения атомов в кристаллической решетке. Атомы одного слоя одинаковы. Атомы внутри пентаслоев связаны прочными ковалентно-ионными связями, а между пентаслоями - Ван-дер-Ваальсовым взаимодействием. Каждый атом расположен под центром треугольников, образованных атомами двух других слоев, т.е. имеет в качестве ближайших соседей по три атома из двух соседних слоев. Структура обладает центром инверсии, положение которого соответствует положению атома Бе2. Характерные параметры кристаллической решетки составляют а=4.1385 А, с=28.636 А. [3,39,40].

На рисунке 1.3 приведена первая зона Бриллюэна Б^Бе3.

Рис.1.3. Геометрия первой зоны Бриллюэна для ромбоэдрической элементарной ячейки.

Электронная структура селенида висмута изучена достаточно полно [2,28,41-44 и др]. Согласно ab initio расчёту [45,46], выполненному с учётом СОВ, максимум валентной зоны и минимум зоны проводимости лежат в низкосимметричных точках зоны Бриллюэна - располагаются на биссектрисе плоскости yz, причём не совпадают между собой. Значение ширины запрещённой зоны составляет 330 мэВ [45]. Валентная зона сформирована, главным образом,

состояниями Se 4р с меньшим вкладом состояний Bi 6р (рис.1.4) [28]. В зону проводимости вносят вклад р-орбитали висмута и селена приблизительно в равной степени.

Рис. 1.4. Зонная структура соединений типа А2УВ3У1, рассматриваемая на примере В^е3. Схематическое изображение инверсии зон из-за спин-орбитального взаимодействия [28].

Закон дисперсии в данном соединении имеет вид

закон дисперсии имеет более простую квадратичную форму.

Необходимо подчеркнуть, что СОВ в соединениях типа В^е3 имеет принципиальное значение. На рис. 1.5 приведена зонная структура, рассчитанная как с учетом, так и без учета СОВ. Без учета СОВ минимум зоны проводимости, т.е. те состояния, которые образованы преимущественно состояниями полуметалла - В^ и максимум валентной зоны, те состояния, которые сформированы преимущественно состояниями халькогена (Те, Se), находятся в одной точке зоны Бриллюэна. Учет СОВ приводит к инверсии дна зоны

проводимости и потолка валентной зоны. Помимо инверсии зон происходит смещение их экстремумов друг относительно друга в к-пространстве, то есть полупроводник становится непрямозонным. Реализация инверсного расположения зон в условиях сильного СОВ обуславливает возможность формирования фазы топологического изолятора.

г 1 г г I г г г г I

Рис. 1.5. Зонный спектр кристаллов Б12Без (а - расчет без учета спин-орбитального взаимодействия, Ь - расчет с учетом спин-орбитального взаимодействия) [28].

Важным следствием сильного СОВ является возникновение поверхностных состояний с линейной дисперсией. На рисунке 1.6 приведены результаты расчетов электронного энергетического спектра Б128е3, выполненных при помощи аЬ тШо[28]. Более теплые цвета соответствуют более высокой плотности состояний. Красные области соответствуют разрешенным энергетическим состояниям. Пересекающиеся вблизи Г-точки красные линии соответствуют топологическим поверхностным состояниям.

Рис. 1.6. Зависимость энергии и импульса от плотности состояний для Б128е3 на поверхности (111) [28].

Описанные результаты моделирования прямо подтверждаются экспериментальными наблюдениями. На рисунке 1.7 представлен ФЭСУР-спектр Б128е3 [48]. Более яркие области соответствуют большим концентрациям электронов. Видно, что на фоне запрещенной зоны наблюдаются единичный конус Дирака, расположенный в Г-точке зоны Бриллюэна, который отвечает топологическим состояниям на поверхности.

-0,10 0 0,10

-1

Импульс, А

Рис. 1.7. ФЭСУР-спектр топологического изолятора Bi2Seз [48].

Как уже говорилось выше, убедительное доказательство существования топологических состояний получено методами ФЭСУР. Однако наиболее важным как в рамках прикладных задач, так и с фундаментальных позиций можно считать вопрос о вкладе топологического слоя в различные физические явления. Непосредственное сравнение свойств топологической и тривиальной фазы может способствовать соотнесению наблюдаемых особенностей именно с присутствием топологического слоя. Такое сравнение может быть выполнено при исследовании объекта, демонстрирующего топологический фазовый переход в условиях варьирования какого-либо параметра. Например, к таким системам можно отнести твердые растворы Hg1-xCdxTe, в которых переход из топологической фазы в тривиальное состояние наблюдается как при изменении состава х, так и в условиях изменения температуры [23,24]. Другими примерами объектов, в которых реализуется топологический фазовый переход при варьировании состава могут служить Pb1-xSnxSe, TlБi(S1-xSex)2 [49-51] и др. Можно отметить, что изучение подобных систем способствует пониманию того, как модифицируются электронные свойства материала в непосредственной близости от точки перехода между топологической и тривиальной фазами. В силу указанных обстоятельств

твердые растворы, в которых реализуется переход из фазы ТИ и нормальное (тривиальное) состояние в условиях изменения состава, привлекают повышенное внимание. В настоящей работе одними из объектов исследования были твердые растворы (Bi1-xInx)2Seз, в которых к разрушению топологического состояния приводит введение индия в количестве, превышающем пороговые значения [52,53]. Остановимся подробнее на рассмотрении энергетического спектра твердых растворов (В^М^^^

1.1.2 Перестройка энергетического спектра в твердых растворах на основе (Bil-хInх)2Seз

Согласно работе [54] формирование твердых растворов (Bi1-xInx)2Se3 возможно в области составов 0<х<0,7. При образовании твердого раствора индий преимущественно встраивается в позиции металла. Рост концентрации индия приводит к ослаблению спин-орбитального взаимодействия и уменьшению ширины запрещенной зоны. При некоторой критической концентрации индия ширина запрещенной зоны становится равной нулю. В статье Бралека и др. [52] продемонстрировано, что бесщелевое состояние наблюдается в диапазоне составов х = 3 - 7 % (рис.1.8). Согласно работе Ву и др. [53] бесщелевому состоянию соответствует состав x ~ 6 %, что согласуется с работой [52]. При дальнейшем увеличении концентрации индия энергетический спектр становится прямым и типичным для тривиального полупроводника: дираковские поверхностные состояния отсутствуют.

Торо1шса1 рИаве I МпЫптЫга! пИаке

Рис. 1.8. Схематическое изображение перестройки энергетического спектра в твердых растворах (Bi1-хInх)2Se3 при изменении состава [53]. Объемная валентная зона и зона проводимости отмечены зеленым и желтым цветом соответственно.

Таким образом, в системе твердых растворов (Bi1-xInx)2Se3 с ростом х происходит изменение энергетического спектра электронов в соответствии со следующей последовательностью: инверсная зонная структура в объеме и дираковские состояния на поверхности - бесщелевое состояние - тривиальное состояние с прямой зонной структурой. Как именно указанная трансформация зонного спектра сказывается на изменении комплекса свойств остается не вполне понятным. В частности, одним из важных открытых вопросов остается влияние топологических состояний на транспортные свойства.

В определенном смысле аналогичный характер перестройки энергетического спектра наблюдается в твердых растворах РЬ^п^, классифицируемых при х > 0.15 как топологические кристаллические изоляторы. Сведения об этой системе, которая также была выбрана в качестве объекта исследования в настоящей работе, приводятся в следующем разделе 1.2.

1.2 Топологические кристаллические изоляторы

Топологические кристаллические изоляторы - это особый класс топологических изоляторов, формирование топологических состояний на поверхности которых обусловлено симметрией кристаллической решетки [49]. При этом в обратном пространстве нетривиальным состояниям соответствует четное количество дираковских конусов. В качестве примеров ТКИ можно привести SnTe, Pb1-xSnxSe, Pb1-xSnxTe [27,55-58].

Существование фазы ТКИ в полупроводниках А4В6 было впервые предсказано в работе Шей и др. [59] в 2012 году. Вскоре при помощи ФЭСУР было получено прямое экспериментальное доказательство формирования парных поверхностных состояний с дираковским спектром в SnTe [60] и Pb1-xSnxSe [50]. На рисунке 1.9 схематично показаны конусы Дирака в обратном пространстве, соответствующие поверхностным состояниям в ТКИ SnTe [60].

Energy

Рис. 1.9. Конусы Дирака в ТКИ SnTe [60].

В пункте 1.1.1 уже отмечалось, что объекты, демонстрирующие топологический фазовый переход, представляют повышенный интерес. К числу систем, в которых реализуется переход ТКИ - тривиальная фаза, относятся

твердые растворы Pb1-хSnхTe [61]. В статье Танака и др. [62] указывается, что переход из тривиальной фазы в фазу ТКИ в Pb1-хSnхTe происходит при x ~ 0,25.

В данной работе объектами исследования были также ТКИ Pb1-хSnхSe. Основные сведения о кристаллической структуре этих твердых растворов и их энергетическом спектре будут рассмотрены в следующем пункте.

1.2.1 Кристаллическая структура и энергетический спектр SnSe

SnSe относится к классу полупроводников А4В6, которые на данный момент изучены достаточно подробно [63,64]. Селенид олова кристаллизуется в орторомбической структуре типа GeSe при низких температурах. Симметрия кристаллической решетки SnSe относится к пространственной группе Р стп. Параметры ячейки составляют а = 11,57 А, Ь = 4,19 А, с = 4,46 А [65] . При температуре 534°С происходит структурный переход с изменением пространственной группы. Высокотемпературная фаза характеризуется пространственной группой С тст. Параметры ячейки составляют а = 4,31 А, Ь = 11,70 А, с = 4,31 А.[66,67]

Кристаллическая решетка и зона Бриллюэна SnSe приведены на рис. 1.10.

Рис. 1.10. Кристаллическая решетка типа каменной соли (а) и зона Бриллюэна (b) полупроводника SnSe. Также на части рисунка b приведены 2D проекции зоны Бриллюэна на плоскости (001), (110) и (111). Указанные плоскости перпендикулярны плоскости зеркальной симметрии (110) [68].

SnSe является непрямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны 0,89 эВ. Приведенное значение ширины запрещенной зоны хорошо согласуется с результатами измерений спектров оптического поглощения [69].

Рис 1.11. Зонная структура БиБе. Непрямая щель составляет 0,89 эВ. Энергия прямого перехода составляет 1,16 эВ. Указанные переходы изображены пунктирными стрелками [69].

Детальные расчеты энергетического зонного спектра БиБе как с учетом, так и без учета СОВ выполнены в работе Гуаня [65]. Результаты их расчета представлены на рис.1.12. В рамках модели, не учитывающей спин-орбитальное взаимодействие, максимум валентной зоны находится в точке Г, а минимум зоны проводимости находится между Г- и Б-точками. Непрямая запрещенная зона БиБе составляет 0,86 эВ. Включение СОВ приводит к перестройке энергетического спектра (рис.1.12 (а)). При этом наблюдается некоторое увеличение абсолютной величины ширины запрещенной зоны (до 0,88 эВ) [70]. Можно отметить, что указанные расчеты ширины энергетической щели хорошо согласуются с экспериментами [71].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Обронова Светлана Германовна, 2021 год

Литература

1. Fu L. & Kane C. L. Topological insulators with inversion symmetry. Physical Review B 76, 045302 (2007).

2. Hasan M. Z. & Kane C. L. Colloquium: Topological insulators. Rev. Mod. Phys. 82, 3045 (2010).

3. Hsien D. et al. A topological dirac insulator in a quantum spin hall phase. Nature 452, 970-974 (2008).

4. Fu L. Topological crystalline insulators. Phys. Rev. Lett. 106, 106802 (2011).

5. Yan B. & Felser S. Topological Materials: Weyl Semimetals. Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 8:1-19 (2017).

6. Кикоин И. К. и Лазарев С. Д. Фотоэлектромагнитный эффект. Успехи Физических Наук 21, 297 (1978).

7. Golubchenko N. V., Moshnikov V. A., Chesnokova D. B. Investigation into the microstructure and phase composition of polycrystalline lead selenide films in the course of thermal oxidation. Glass physics and chemistry 32, 337-345 (2006).

8. Golubchenko N. V., Moshnikov V. A., Chesnokova D. B. Doping Effect on the Kinetics and Mechanism of Thermal Oxidation of Polycrystalline PbSe Layers. Neorganicheskie Materialy 42, 9, 1040-1049 (2006).

9. Kamchatka M. I., Chashchinov Yu. M. and Chesnokova D. B. Effect of Oxidation Conditions on the Phase Composition, Structure, and Properties of Photosensitive Lead Sulfide Layers. Inorganic Materials 37, 9, 910-914 (2001).

10. Fiete G. A. Topological insulators: crystalline protection. Nature Mater. 11, 1003 (2012).

11. Moore J. E. The birth of topological insulators, Nature, v.464, p. 194 (2010).

12. Ando Y. Topological Insulator Materials. J. Phys. Soc. Jpn. 82, 102001 (2013).

13. Wray L. A. et al. A topological insulator surface under strong Coulomb, magnetic and disorder perturbations, Nature Phys. v. 7, p. 32-37 (2011).

14. Nomura K., Koshino M., Ryu S. Topological delocalization of two-dimensional massles Dirac fermions Phys. Rev. Lett., 99, 146806 (4pp) (2007).

15. Kitaev A. Yu. Unpaired Majorana fermions in quantum wires. Phys. Usp. 44, 131-136 (2001).

16. Alicea J. New directions in the pursuit of Majorana fermions in solid state systems. Rep. Prog. Phys. 75, 076501 (36pp) (2012).

17. Beenakker C.W.J. Search for Majorana fermions in superconductors. Annual Review of Condensed Matter Physics vol. 4 (2013).

18. Otrokov M. M., Klimovskikh I. I., Chulkov E. V. et al. Prediction and observation of an antiferromagnetic topological insulator. Nature volume 576, pages 416-422 (2019)

19. Kane B. A silicon — based nuclear spin quantum computer. Nature, 393, p.133 (1998).

20. Vrijen R., Vincenzo D. Di. Electron Spin Resonance Transistor for Quantum Computation in Silicon — Germanium Heterostructure. Phys.Rev.A.vol.62, 012306(1-10), (2000).

21. Фетисов Ю. К., Сигов А. С. Спинтроника: физические основы и устройства. РЭНСИТ, 10, №3, 343-356, (2018).

22. Pankratov O.A., Pakhomov S.V., Volkov B.A. Supersymmetry in heterojunctions: Band-inverting contact on the basis of Pb1-xSnxTe and Hg1-xCdxTe. Solid State Communications. 61 (2): 93-96 (1987).

23. Bernevig B. A., Hughes T. L., & Zhang S. Quantum spin hall effect and topological phase transition in HgTe quantum wells. Science, 314, 1757-1761, (2006).

24. Konig M. et al. Quantum spin hall insulator state in HgTe quantum wells. Science 318, 766-770 (2007).

25. Liu C., Hughes T.L., Qi X.-L., Wang K., Zhang S.-C. Quantum spin hall effect in inverted type-ii semiconductors. Phys. Rev. Lett. 100, 236601 (2008).

26. Knez I., Du R.R., Sullivan G. Evidence for Helical Edge Modes in Inverted InAs/GaSb Quantum Wells. Phys. Rev. Lett., v.107, p. 136603 (2011).

27. Fu L., Kane C. L. & Mele E. J. Topological insulators in three dimensions. Phys. Rev. Lett. 98, 106803 (2007).

28. Zhang H.J., Liu C.X., Qi X.L., Dai X., Fang Z., Zhang S.C. Topological insulators in Bi2Se3, Bi2Te3 and Sb2Te3 with a single Dirac cone on the surface. Nat. Phys. 5, 438 (2009).

29. Chen Y., Analytis J., Chu J.-H., Liu Z., Mo S.-K., Qi X.-L., Zhang H., Lu

D., Dai X., Fang Z. Experimental realization of a three-dimensional topological insulator, Bi2Te3. Science 325, 178 (2009)

30. Xia Y., Qian D., Hsieh D., Wray L., Pal A., et al. Discovery (theoretical prediction and experimental observation) of a large-gap topological-insulator class with spin-polarized single-Dirac-cone on the surface. Nat. Phys. 5, 398 (2009).

31. Zhang T., Jiang Y., Song Z., Huang H., He Y., Fang Z., Weng H., Fang C. Catalogue of topological electronic materials. Nature 566, pages 475-479 (2019).

32. Vergniory M. G., Elcoro L., Felser C., Regnault N., Bernevig B. A., Wang Z. A complete catalogue of high-quality topological materials. Nature 566, pages 480485 (2019).

33. Tang F., Wan X., Po H.C., Vishwanath A. Comprehensive search for topological materials using symmetry indicators. Nature 566, pages 486-489 (2019).

34. Xu S.-Y., Wray L. A., Xia Y., Shankar R., Petersen A., Fedorov A., Lin H., Bansil A., Hor Y. S., Grauer D., Cava R. J. and Hasan M. Z. Discovery of several large families of Topological Insulator classes with backscattering-suppressed spin-polarized single-Dirac-cone on the surface. arXiv:1007.5111 (2010).

35. Sato T., Segawa K., Guo H., Sugawara K., Souma S., Takahashi T. and Ando Y. Direct Evidence for the Dirac-Cone Topological Surface States in the Ternary Chalcogenide TlBiSe2. Phys. Rev. Lett. 105 136802 (2010).

36. Kuroda K., Ye M., Kimura A., Eremeev S. V., Krasovskii E. E., Chulkov

E. V., Ueda Y., Miyamoto K., Okuda T., Shimada K., Namatame H. and M. Taniguchi.

Experimental Realization of a Three-Dimensional Topological Insulator Phase in Ternary Chalcogenide TlBiSe2. Phys. Rev. Lett. 105 146801 (2010).

37. Chen Y. L., Liu Z. K., Analytis J. G., Chu J.-H., Zhang H. J., Yan B. H., Mo S.-K., Moore R. G., Lu D. H., Fisher I. R., Zhang S. C., Hussain Z. and Shen Z.-X. Single Dirac Cone Topological Surface State and Unusual Thermoelectric Property of Compounds from a New Topological Insulator Family. Phys. Rev. Lett. 105 (2010) 266401

38. Inosov D. S. Angle-Resolved Photoelectron Spectroscopy Studies of the Many-Body Effects in the Electronic Structure of High-Tc Cuprates. arXiv: 0807.1434v1 (2008)

39. Xue L., Zhou P., Zhang C. X., He C. Y., Hao G. L., Sun L. Z. and Zhong J. X. First-principles study of native point defects in Bi2Se3. AIP Advances 3, 052105 (2013)

40. Deshpande M. P., Pandya N. N. and Parmar M. N. Transport property measurements of Bi2Se3 crystal grown by Bridgman method. Turk J Phys 33, 139 - 148

(2009).

41. Qi X.L., Zhang S.C. Topological insulators and superconductors. Rev. Mod. Phys. 83, 1057-1112 (2011).

42. Tang H., Liang D., Qiu R.L.J., Gao X.P.A. Magneto-transport Effects in Topological Insulator Bi2Se3 Nanoribbons. ACS Nano, 5, 7510-7516 (2011).

43. Checkelsky J. G., Hor Y. S., Cava R. J. and Ong N. P. Bulk band gap and surface state conduction observed in voltage-tuned crystals of the topological insulator Bi2Se3. Phys. Rev. Lett. 106, 196801 (2011).

44. Chen J., Qin H. J., Yang F., Liu J., Guan T., Qu F. M., Zhang G. H., Shi J. R., Xie X. C., Yang C. L., Wu K. H., Li Y. Q. and Lu L. Gate-Voltage Control of Chemical Potential and Weak Anti-localization in Bi2Se3. Phys. Rev. Lett. 105, 176602

(2010).

45. Govaerts K., Sluiter M. H. F., Partoens B. and Lamoen D. Homologous series of layered structures in binary and ternary Bi-Sb-Te-Se systems: Ab initio study. PHYSICAL REVIEW B 89, 054106 (2014).

46. Wang G., Cagin T. Electronic structure of the thermoelectric materials Bi2Te3 and Sb2Te3 from first-principles calculations. Phys. Rev. B, 76, 075201 (2007).

47. Kulbachinskii V. A., Miura N., Nakagawa H., Arimoto H., Ikaida T., Lostak P. and Drasar C. Conduction-band structure of Bi2-xSbxSe3 mixed crystals by Shubnikov-de Haas and cyclotron resonance measurements in high magnetic fields. Phys. Rev. B. 59, 24 (1999).

48. Kordyuk A.A., Zabolotnyy V.B., Evtushinsky D.V., Kim T.K., Büchner B., Plyushchay I.V., Berger H. and Borisenko S.V. ARPES experiment in fermiology of quasi-2D metals (Review Article). Phys. Rev. B 85, 075414 (2012).

49. Dziawa P. et al. Topological crystalline insulator states in Pb1-xSnxSe. Nature Mater. 11, 1023 (2012).

50. Pletikosic I., Gu G. D. & Valla T. Inducing a Lifshitz transition by extrinsic doping of surface bands in the topological crystalline insulator Pb1-xSnxSe. Phys. Rev. Lett. 112, 146403 (2014).

51. Souma S., Komatsu M., Nomura M., Sato T., Takayama A., Takahashi T., Eto K., Segawa K., Ando Y. Spin polarization of gapped Dirac surface states near the Topological phase transition in TlBi(S1-xSex)2. Phys. Rev. Lett. 109, 186804 (2012).

52. Brahlek M., Bansal N., Koirala N. and others. Topological-metal to band-insulator in (Bi1-X Inx)2Se3 thin films. Phys. Rev. Lett., 109, 186403 (2012).

53. Wu L., Brahlek M. and others. A sudden collapse in the transport lifetime across the topological phase transition in (Bi1-X InX)2Se3. Nature Physics, 9, p 410-414 (2013)

54. Novotny R., Lostak P. and Horak J. Bi2-xInxSe3 crystals; optical properties and transport coefficients. Physica Scripta, v. 42, 2, p. 253-256 (1990).

55. Kane C. L. & Mele E. J. Z2 topological order and the quantum spin Hall effect. Phys. Rev. Lett. 95, 146802 (2005).

56. Moore J.E, Balents L. Topological invariants of time-reversal-invariant band structures. Phys. Rev. B 75:121306 (2007).

57. Teo J.C.Y., Fu L, Kane C.L. Surface states and topological invariants in three-dimensional topological insulators: Application to Bi1-xSbx. Phys. Rev. B 78: 045426 (2008).

58. Mong R.S.K., Essin A.M., Moore J.E. Antiferromagnetic topological insulators Phys. Rev. B. 81:245209 (2010).

59. Hsieh T. H., Lin H., Liu J., Duan W., Bansil A. and Fu L. Topological crystalline insulators in the SnTe material class/ Nat. Commun. 3, 982 (2012).

60. Tanaka Y, Ren Z, Sato T, Nakayama K, Souma S, Takahashi T, Segawa K, Ando Y. Nat. Phys. 8:800 (2012).

61. Xu S.Y., Liu C., Alidoust N., Neupane M., Qian D., et al. Nat. Commun. 3:1192 (2012).

62. Tanaka Y., Sato T., Nakayama K., Souma S., Takahashi T., Ren Z., Novak M., Segawa K., Ando Y. Two types of Dirac-cone surface states on the (111) surface of the topological crystalline insulator SnTe. Phys. Rev. B 87:155105 (2013).

63. Кайданов В.И., Равич Ю.И. Глубокие и резонансные состояния в полупроводниках типа A4B6. УФН, т.145, в.1, стр.51 (1985).

64. Волков Б.А., Панкратов О.А. Электронная структура точечных дефектов в полупроводниках А4В6. ЖЭТФ, т.88, в.1, стр.280 (1985).

65. Guan X., Lu P., Wu L., Han L., Liu G., Song Y., Wang S. Thermoelectric properties of SnSe compound. Journal of Alloys and Compounds. 643, 116 (2015).

66. Shi W., Gao M., Wei J., Gao J., Fan C., Ashalley E., Li H. and Wang Z. Tin Selenide (SnSe): Growth, Properties, and Applications. Adv. Sci., 5, 1700602 (2018).

67. Zhao L.D., Lo S. H., Zhang Y.S., Sun H., Tan G.J., Uher G., Wolverton C., Dravid V. P., Kanatzidis M.G. Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in SnSe crystals. Nature, 508, 373-377 (2014).

68. Sun Y., Zhong Z., Shirakawa T., Franchini C., Li D., Li Y., Yunoki S. and Chen X.-Q. Rock-salt SnS and SnSe: Native Topological Crystalline Insulators. arXiv: 1308.5657v1 (2013).

69. Shi G., Kioupakis E. Anisotropic Spin Transport and Strong Visible-Light Absorbance in Few-Layer SnSe and GeSe. Nano Lett., 15, 6926 (2015).

70. Makinistian L., Albanesi E.A. On the band gap location and core spectra of orthorhombic IV-VI compounds SnS and SnSe. Phys. Status Solidi B 246 183-191 (2009).

71. Lefebvre I., Szymanski M.A., Olivier-Fourcade J., Jumas J.C. Electronic structure of tin monochalcogenides from SnO to SnTe. Phys. Rev. B, 58, 1896 (1998).

72. Brandt N. B., Ponomarev Ya. G. & Skipetrov E. P. Energy spectrum of carriers in PbbxSnxSe alloys. Sov. Phys. Solid State 29, 1856-1860 (1987).

73. Nimtz G. and Schlicht B. Narrow-gap lead salts. Narrow-Gap Semiconductors, Springer Tracts in Modern Physics, Vol. 98 (Springer-Verlag, Berlin) pp. 1-117 (1983).

74. Strauss A. J. Inversion of Conduction and Valence Bands in Pb1-xSnxSe Alloys. Phys. Rev. 157, 608-611 (1967).

75. Agilent Technologies Impedance Measurement Handbook

76. Крылов А. С., Втюрин А. Н., Герасимова Ю.В. Обработка данных инфракрасной фурье-спектроскопии, стр. 5-10 (2005).

77. Ефимова А. И., Зайцев В. Б., Болдырев Н. Ю., Кашкаров П. К. Инфракрасная фурье-спектрометрия, стр. 74-90 (2008).

78. Shao J., Lu W., Tsen G. K. O., Guo S. and Dell J. Mechanisms of infrared photoluminescence in HgTe/HgCdTe superlattice. J. Appl. Phys., 112 063512 (2012).

79. Morozov S. V., Rumyantsev V. V., Dubinov A. A., Antonov A. V., Kadykov A. M., Kudryavtsev K. E., Kuritsin D. I., Mikhailov N. N., Dvoretskii S. A. and Gavrilenko V. I. Long wavelength superluminescence from narrow gap HgCdTe epilayer at 100 K. Appl. Phys. Lett., 107, 042105 (2015).

80. Morozov S. V., Rumyantsev V. V., Antonov A. V., Kadykov A. M., Maremyanin K. V., Kudryavtsev K. E., Mikhailov N. N., Dvoretskii S. A. and Gavrilenko V. I. Time resolved photoluminescence spectroscopy of narrow gap Hg1-xCdxTe/CdyHg1-yTe quantum well heterostructures. Appl. Phys. Lett., 105, 022102 (2014).

81. Румянцев В. В. Фотопроводимость и фотолюминесценция эпитаксиальных пленок и структур с квантовыми ямами на основе HgCdTe в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Нижний Новгород (2014).

82. Ганичев СД., Терентьев Я.В., Ярошецкий И.Д. Фотоприемники на основе эффекта увлечения носителей тока фотонами для дальней ИК и субмиллиметровой области спектра. Письма в ЖТФ 11, 46 (1985).

83. Ganichev S. D., Yassievich I. N. & Prettl W. Tunnelling ionization of deep centres in high-frequency electric fields. J. Phys.: Condens. Matter 14, R1263-R1295 (2002).

84. Shtanov V. I. & Yashina L. V. On the Bridgman growth of lead-tin selenide crystals with uniform tin distribution. J. Cryst. Growth 311, 3257 (2009).

85. Dimmock J. O. k • p theory for the conduction and valence bands of Pb1-xSnxTe and Pb1-xSnxSe alloys. In Carter D. & Bate R. (eds.) The Physics of Semimetals and Narrow Gap Semiconductors. vol. 98 (1971).

86. Bel'kov V. V. & Ganichev S. D. Magneto-gyrotropic effects in semiconductor quantum wells. Semicond. Sci. Technol. 23, 114003 (2008).

87. Chernichkin V. I., Ryabova L. I., Nicorici A. V. & Khokhlov D. R. Monopolar photoelectromagnetic effect in Pb1-xSnxTe(In) under terahertz laser radiation. Semicond. Sci. Technol. 27, 035011 (2012).

88. Martinez G. Band inversion in Pb1-xSnxSe alloys under hydrostatic pressure. II. Galvanomagnetic properties. Phys. Rev. B 8, 4686 (1973).

89. Burstein E., Perkowitz S. & Brodsky M. H. The dielectric properties of the cubic IV-VI compound semiconductors. J. de Physique 29, C4-78 (1968).

90. Wojek B. M. et al. Spin-polarized (001) surface states of the topological crystalline insulator Pb0.73Sno.27Se. Phys. Rev. B 87, 115106 (2013).

91. Komissarova T., Khokhlov D., Ryabova L., Dashevsky Z. and Kasiyan V. Impedance of photosensitive nanocrystalline PbTe(In) films. Phys. Rev. B 75, 195326 (2007).

92. Neustroev L.N. and Osipov V.V. Theory of physical properties of photosensitive polycrystalline PbS-type films. I. Model, conductivity, and Hall effect. Sov. Phys. Semicond. 20, 34-38 (1986).

93. Neustroev L.N. and Osipov V.V. Theory of physical properties of photosensitive polycrystalline PbS-type films. II. Photoconductivity. Comparison with experimental results. Sov. Phys. Semicond. 20, 38-42 (1986).

94. Neustroev L.N., Onarkulov K.E. and Osipov V.V. Photoconductivity and anomalous Hall effect in polycrystalline PbSe films. Sov. Phys. Semicond. 21, 13521353 (1987).

95. Dashevsky Z., Kasiyan V., Radovsky G., Shufer E., Auslender M. Proc. of SPIE 7142, 71420L (2008).

96. Dobrovolsky A.A., Dashevsky Z.M., Kasiyan V.A., Ryabova L.I., Khokhlov D.R. Photoconductivity of oxidized nanostructured PbTe(In) films. Semicond.Sci.Technol. 24 075010 (5 pp) (2009).

97. Dobrovolsky A., Chernichkin V., Belogorokhov I., Dashevsky Z., Kasiyan V., Ryabova L., Khokhlov D. Phys.Status Solidi C 7, №3-4, 869-872 (2010).

Список публикаций автора

Публикации, индексируемые в базах данных Scopus и Web of Science:

A1. Egorova S.G., Chernichkin V.I., Ryabova L.I., Skipetrov E.P., Yashina L.V., Danilov S.N., Ganichev S.D., Khokhlov D.R. Detection of highly conductive surface electron states in topological crystalline insulators Pb1-xSnxSe using laser terahertz radiation. Scientific reports, издательство Nature Publishing Group (United Kingdom), v 5, p. 11540-1-11540-6 (2015), DOI: I0.i038/srepii540, 2019 Impact Factor - 27.764.

A2. Egorova S.G., Chernichkin V.I., Dudnik A.O., Kasiyan V.A., Chernyak L., Danilov S.N., Ryabova L.I., Khokhlov D.R. Discrimination of conductive surface electron states by laser terahertz radiation in PbSe - a base for Pb1-xSnxSe topological crystalline insulators. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, v 5, № 4, p. 659-664 (2015), DOI: 10.1109/TTHZ.2015.2436712, 2019 Impact Factor - 3.319.

A3. Galeeva A.V., Egorova S.G., Chernichkin V.I., Tamm M.E., Yashina L.V., Rumyantsev V.V., Morozov S.V., Plank H., Danilov S.N., Ryabova L.I., Khokhlov D.R. Manifestation of topological surface electron states in photoelectromagnetic effect induced by terahertz laser radiation. Semiconductor Science and Technology, издательство Institute of Physics Publishing (United Kingdom), v. 31, p. 095010-095010 (2016), DOI: 10.1088/02681242/31/9/095010, 2019 Impact Factor - 2.452.

Публикации, индексируемые РИНЦ:

A4. Егорова С.Г., Черничкин В.И., Касиян В.А., Рябова Л.И., Хохлов Д.Р. Микроструктура и фотоэлектромагнитный эффект в пленках PbSe. Физическое образование в ВУЗах, издательство Изд. дом МФО (М.), том 21, № 1С, с. 25-26 (2015), Импакт-фактор РИНЦ - 0.176.

A5. Галеева А.В., Егорова С.Г., Черничкин В.И., Румянцев В.В., Тамм М.Е., Яшина Л.В., Данилов С.Н., Рябова Л.И., Хохлов Д.Р. Детектирование поверхностных электронных состояний в топологических изоляторах (Bi1-xInx)2Se3 с помощью лазерного терагерцового излучения. Ученые записки физического факультета Московского Университета, № 3, с. 163502 (2016), Импакт-фактор РИНЦ - 0.069.

Прочие публикации:

Результаты диссертационной работы опубликованы в сборниках тезисов как российских, так и зарубежных конференций. Ниже перечислены основные тезисы конференций (импакт фактор отсутствует).

A6. Egorova S.G., Chernichkin V.I., Ryabova L.I., Skipetrov E.P., Yashina L.V., Danilov S.N., Ganichev S.D., Khokhlov D.R. Detection of extended surface electron states in topological crystalline insulators Pb1-xSnxSe using laser terahertz radiation в сборнике Proceedings of the 4-th Russia-Japan-USA Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies (RJUS Tera Tech-2015, место издания Chernogolovka, Russia, с. 116-117 (2015).

A7. Egorova S.G., Chernichkin V.I., Ryabova L.I., Skipetrov E.P., Yashina L.V., Danilov S.N., Ganichev S.D., Khokhlov D.R. Terahertz Probing of Surface Electron States in Topological Crystalline Insulators Pb1-xSnxSe в сборнике 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, IRMMW-THz, место издания Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc (Piscataway, NJ, United States), с. 7327554-1 DOI: 10.1109/IRMMW-THz.2015.7327554 (2015).

A8. Егорова С.Г., Черничкин В.И., Рябова Л.И., Скипетров Е.П., Яшина Л.В., Данилов С.Н., Ганичев С.Д., Хохлов Д.Р. Метод детектирования протяженных поверхностных состояний в кристаллических

топологических изоляторах Pb1-xSnxSe с помощью лазерного терагерцового излучения. Труды симпозиума, в сборнике Материалы XIX Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», место издания Нижний Новгород, том 2, с. 697-698 (2015).

A9. Egorova S.G., Chernichkin V.I., Ryabova L.I., Skipetrov E.P., Yashina L.V., Danilov S.N., Ganichev S.D., Khokhlov D.R. Observation of highly conductive surface electron states in topological crystalline insulators Pb1-xSnxSe using laser terahertz radiation в сборнике V Russian-Chinese Workshop on Laser Physics and Photonics (RCWLP&P), Новосибирск, 25-30 августа 2015, место издания Новосибирск, тезисы, с. 115-116 (2015).

A10. Егорова С.Г., Галеева А.В., Черничкин В.И., Рябова Л.И., Скипетров Е.П., Тамм М.Е., Яшина Л.В., Данилов С.Н., Ганичев С.Д., Хохлов Д.Р. Терагерцовое зондирование поверхностных состояний в топологических изоляторах в сборнике Тезисы докладов. Российская конференция по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники (с участием иностранных ученых) "ФОТОНИКА - 2015". Новосибирск, 12 - 16 октября 2015 г, место издания ИФП СО РАН Новосибирск, тезисы, с. 3434 (2015).

A11. Егорова С.Г., Черничкин В.И., Рябова Л.И., Касьян В.А., Черняк Л., Данилов С.Н., Хохлов Д.Р. Электронный транспорт и фотоэлектрические эффекты в виртуальном кристаллическом топологическом изоляторе PbSe, модифицированном окислением в сборнике XII Российская конференция по физике полупроводников, Ершово, 21-25 сентября 2015, тезисы докладов, место издания ФИАН, тезисы, с. 206-206 (2015).

A12. Galeeva A.V., Egorova S.G., Chernichkin V.I., Tamm M.E., Yashina L.V., Rumyantsev V.V., Morozov S.V., Plank H., Danilov S.N., Ryabova L.I., Khokhlov D.R. A study of surface electron states in topological insulators

(Bi1-xInx)2Se3 with the use of terahertz laser radiation в сборнике 41st International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, место издания Copenhagen, Denmark, тезисы, с. W3B.5 DOI: 10.1109/IRMMW-THz.2016.7758890 (2016).

A13. Galeeva A.V., Egorova S.G., Chernichkin V.I., Tamm M.E., Yashina L.V., Rumyantsev V.V., Morozov S.V., Plank H., Danilov S.N., Ryabova L.I., Khokhlov D.R. Terahertz probing of surface electron states in topological insulators в сборнике 8th International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics, место издания Kishinev, Moldova, тезисы, с. 38-38 (2016).

A14. Galeeva A., Egorova S., Chernichkin V., Tamm M., Yashina L., Rumyantsev V., Plank H., Danilov S., Ryabova L., Khokhlov D. Terahertz probing of surface electron states in topological insulators (Bi1-xInx)2Se3 в сборнике 33rd International Conference on the Physics of Semiconductors, место издания Пекин, Китай, том 1, тезисы, с. 200 (2016).

A15. Егорова С.Г., Галеева А.В., Тамм М.Е., Яшина Л.В., Данилов С.Н., Рябова Л.И., Хохлов Д.Р. Исследование поверхностных состояний в топологических изоляторах (Bi1-xInx)2Se3 в сборнике XXI Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников, Екатеринбург -Алапаевск, 15-20 февраля 2016, тезисы, с. 232-233 (2016).

Благодарности

В заключение хочу выразить искреннюю благодарность:

своим научным руководителям профессору, д.ф.-м.н. Дмитрию Ремовичу Хохлову и к.ф.-м.н. Галеевой Александре Викторовне за представленную интересную тему для диссертации, постоянную помощь в выполнении экспериментальных исследований и при написании диссертационной работы;

профессору, д.ф.-м.н Людмиле Ивановне Рябовой за ценные замечания, постоянную поддержку и обсуждение моей работы;

профессору, д.ф.-м.н. Евгению Павловичу Скипетрову, д.х.н Ладе Валерьевне Яшиной, к.х.н. Марине Евгеньевне Тамм, профессору, д.ф.-м.н. Владимиру Касияну за предоставленные образцы, а также за предоставленные данные по характеризации их структуры и обсуждение экспериментальных результатов;

профессору, д.ф.-м.н. Сергею Дмитриевичу Ганичеву и профессору, д.ф.-м.н. Сергею Н. Данилову за предоставленную возможность проведения измерений ФЭМ эффекта под воздействием терагерцового изучения и оказанную помощь при проведении эксперимента;

профессору, д.ф.-м.н. Владимиру Изяславовичу Гавриленко за предоставленную возможность проведения низкотемпературных измерений фотолюминесценции и к.ф.-м.н. Владимиру Владимировичу Румянцеву за оказанную помощь при проведении эксперимента;

Анне Дудник за предоставленную возможность проведения измерений на атомно-силовом микроскопе и оказанную помощь при проведении эксперимента;

Владимиру Черничкину и всему коллективу лаборатории физики полупроводников кафедры общей физики и физики конденсированного состояния за неоценимую помощь в проведении экспериментальных исследований, обсуждение результатов и дружеское отношение.